概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

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靜電場,元電荷,比荷,點電荷

自然界中的電荷只有兩種。美國科學家本傑明·富蘭克林通過實驗發現,雷電的性質與摩擦起電的性質完全相同,並命名了正電荷和負電荷。

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

除了正電荷和負電荷,在分析和研究靜電場時,人們還引入了一些“電荷”,但這些“電荷”並不是真正的電荷!

1.元電荷

迄今為止,實驗發現的最小電荷量就是電子所帶的電荷量,人們把這個最小的電荷量叫做元電荷,用e表示。所以元電荷是一個“電荷量”而不是電荷。

實驗還發現,所有帶電體的電荷量都是e的整數倍,如質子的帶電量為+e,α粒子(He原子核)的帶電量為+2e,氧離子的帶電量為-2e。

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

元電荷e的數值最早由美國物理學家密立根測得,他因此獲得1923年諾貝爾物理學獎。在一般計算中,常取:

e=1.60×10^-19C。

2.比荷

人們把粒子的電荷量和質量的比值叫做粒子的比荷,又稱荷質比。所以“比荷”是兩個物理量的比值,也不是電荷,如:

電子的電量大小e=1.60×10^-19C

電子的質量me=9.11×10^-31kg

所以電子的比荷:

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

1897年,英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆孫根據放電管中的陰極射線在電磁場作用下的軌跡,確定陰極射線中的粒子帶負電,並測出了它的比荷,這在一定意義上是歷史上第一次發現電子。

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

3.點電荷

兩個帶電體之間的相互作用力不僅與它們的帶電量大小、距離有關,而且與帶電體自身的大小、形狀以及電荷分佈有關係。

如圖所示,兩個帶電金屬球半徑為r,中心距離為4r,所帶電荷量大小均為Q。

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

(1)若金屬球所帶電荷的分佈是均勻的,則電荷之間的等效間距等於4r

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(2)若金屬球所帶電荷是同種電荷,由於電荷間的相互排斥,電荷間距會大於4r

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?


概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

(3)若金屬球所帶電荷是異種電荷,由於電荷間的相互吸引,電荷間距會小於4r

概念辨析:靜電場中的這些“電荷”是真電荷嗎?

當金屬球之間的距離遠大於半徑r時,無論金屬球所帶電荷為同種電荷還是異種電荷,電荷分佈的變化對它們之間的 影響都可以忽略不計,這樣金屬球就可以看做帶電的點,叫做點電荷。因此,點電荷是用來代替帶電體的“帶電的點”,類似於力學中的質點,也是一種理想化模型,實際上不存在!


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